JPH09189199A - ライナーピース - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＴＢＭ（トンネル・ボーリングマシーン）に
より掘削される山岳トンネルにおいて、掘削された先進
導坑における軽度な土圧に対し該先進導坑を保護するた
めの覆工材であるライナーピースを課題とする。 【解決手段】 （ａ）一定の幅と長さを有する長辺を構
成する２本の桁と、一定の幅と長さを有する短辺を構成
する２本の桁とを連結して構成された長方形の枠体であ
って、（ｂ）前記枠体の少なくとも外側の面がスキンプ
レートで覆れており、（ｃ）前記長辺の２本の桁はそれ
ぞれ外側に凸である桁（主凸桁という）と外側に凹であ
る桁（主凹桁という）であり、前記短辺の２本の桁はそ
れぞれ外側に凸である桁（副凸桁という）と外側に凹で
ある桁（副凹桁という）であって、（ｄ）かつ、前記主
凸桁と主凹桁、及び、前記副凸桁と副凹桁はそれぞれ嵌
合できるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特にＴＢＭ（トン
ネル・ボーリングマシーン）により掘削される山岳トン
ネルにおいて、掘削された先進導坑における軽度な土圧
に対し該先進導坑を保護するための覆工材に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＴＢＭにより掘削されるトンネル
においても、軟弱地盤におけるトンネル工法の一つであ
るシールド工法に用いられる覆工材である鋼製セグメン
トが用いられることが多かった。

【０００３】上記鋼製セグメントの例を図９に示す。鋼
製セグメント５は、主桁５２と継手板５１を鋼枠状に溶
接し、更に外側にスキンプレート５３を溶接し、内側に
縦リブ５４を取付け、補強したものである。継手板５
１、主桁５２はボルト連結のための孔５１ａ，５２ａが
設けられている。

【０００４】そして、上記セグメントは図１０（ａ）、
（ｂ）に示すように、継手板同士、主桁同士をボルト５
５により連結し、トンネルを覆工する。ＴＢＭにより掘
削されるトンネルにおいても、シールド工法トンネルの
場合と同様にボルトを締結することにより上記セグメン
トを組立て、トンネルを覆工していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の鋼製セ
グメントはシールド工法用のセグメントであり、このセ
グメントを組み立ててトンネルを覆工するには、主桁同
士、継手板同士をボルト締結しなければならず、ボルト
締結箇所が非常に多いため締結作業に多大の時間を要す
る。他方、ＴＢＭはシールド工法に比べ掘進速度が非常
に速いが、覆工材の組立に時間がかかるためにトンネル
の施工速度が覆工作業により低下することが多かった。

【０００６】また、軟弱地盤中におけるシールド・トン
ネルにおいては、全土被り土圧（即ち、ほぼトンネル設
置深度土圧に相当する大きな土圧）と水圧がトンネルに
作用し、かつトンネル内への漏水を防止するための止水
対策も講じてある。具体的には、セグメント４周面にシ
ール材が貼付される。

【０００７】一方、ＴＢＭにより掘削されるトンネルに
おいては、掘削地山が岩盤などの良質地山であることが
多く、この場合、土圧が小さいことが多い。また、特に
水抜きトンネルの場合などにおいては止水策は全く不必
要である。従って、ＴＢＭで掘削されるトンネルの覆工
材としてシールド工法用の強度の高いセグメントをその
まま用いることは、コスト高につながることが多かっ
た。

【０００８】そこで、本発明は上記問題点を解決するた
めになされたもので、比較的軽度な土圧に対しトンネル
を保護でき、なおかつ組立が従来のボルト式のセグメン
トに比べはるかに容易な覆工材であるライナーピースを
提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、トンネル
内壁の覆工材であって、下記の特徴を有するライナーピ
ースである。 （ａ）一定の幅と長さを有する長辺を構成する２本の桁
と、一定の幅と長さを有する短辺を構成する２本の桁と
を連結して構成された長方形の枠体であって、（ｂ）前
記枠体の少なくとも外側の面がスキンプレートで覆れて
おり、（ｃ）前記長辺の２本の桁はそれぞれ外側に凸で
ある桁（主凸桁という）と外側に凹である桁（主凹桁と
いう）であり、前記短辺の２本の桁はそれぞれ外側に凸
である桁（副凸桁という）と外側に凹である桁（副凹桁
という）であって、（ｄ）かつ、前記主凸桁と主凹桁、
及び、前記副凸桁と副凹桁はそれぞれ嵌合できるように
構成されている。上記第１の発明に係るライナーピース
は従来のセグメントよりも軽量で、かつボルトによる締
結を全く必要とせず、極めて容易にトンネルを組み立て
ることができる利点がある。

【００１０】第２の発明は、前記ライナーピースの二つ
の短辺が共に副凹桁又は共に副凸桁であることを特徴と
するライナーピースである。上記発明に係るライナーピ
ースは短辺における種々の組み合わせを可能とするライ
ナーピースである。

【００１１】第３の発明は、前記ライナーピースの内側
に短辺方向及び／又は長辺方向に一又は二以上の補強リ
ブを設けたことを特徴とするライナーピースである。上
記発明に係るライナーピースは補強リブが設けているの
で、強度が大きく、土圧が高い場合に利用できる利点が
ある。

【００１２】第４の発明は、前記ライナーピースの長方
形が等脚台形又は不等脚台形であることを特徴とするラ
イナーピースである。上記発明に係るライナーピースは
トンネルのリングを組み立てる場合に、組み立て作業を
容易にするライナーピースである。

【００１３】第５の発明は、前記ライナーピースの長辺
の主凸桁と主凹桁、及び短辺の副凸桁と副凹桁がそれぞ
れ山形鋼で構成されていることを特徴とするライナーピ
ースである。上記発明は、市販の山形鋼をライナーピー
スの桁として使用しているため安価に製作できる。

【００１４】第６の発明は、前記ライナーピースが鋼製
であることを特徴とするライナーピースである。この発
明は、全体が鋼製であるため、強度も高くしかも安価に
製造できる。

【００１５】第７の発明は、前記ライナーピースの内側
にコンクリ−トを充填したことを特徴とするライナーピ
ースである。この発明は、ライナーピースの内側にコン
クリ−トを充填してあるため、全体の剛性が大きくなる
ため、より大きな土圧が作用する場合に使用できる。

【００１６】第８の発明は、前記ライナーピースが所定
の曲率で湾曲し、この所定の曲率が円弧を形成するもの
であることを特徴とするライナーピースである。この発
明は、通常の円形のトンネルに使用できるライナーピー
スである。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１に本発明に係るライナーピー
ス１０の一態様を示した。図１（Ａ）はその平面図、図
１（Ｂ）は右側面図、図１（Ｃ）は図１（Ａ）のＹ−Ｙ
断面図である。長辺は所定の曲率を有する外側に凸であ
る桁（主凸桁という）１４と外側に凹である桁（主凹桁
という）１５で構成され、短辺は外側に凸である桁（副
凸桁という）１２と外側に凹である桁（副凹桁という）
１３とから構成されている。これらの桁は、例えば溶接
により連結されて全体として長方形の枠体を構成する。

【００１８】次に湾曲している枠体の少なくとも外側の
面はスキンプレート１８で覆われている。このスキンプ
レート１８は、例えば２〜６ｍｍの鋼板である。なお、
必要により内側にもスキンプレートを覆っても良い。上
記曲率は、通常円弧である場合が多い。通常トンネルは
円形断面を有するからである。しかし、時には楕円断面
である場合もあり、この場合は上記曲率は楕円の一部を
構成するものでもよい。

【００１９】また、このライナーピース１０の主凸桁１
４と主凹桁１５、及び、副凸桁１２と副凹桁１３はそれ
ぞれ嵌合できるように構成されており、ライナーピース
１０同士を嵌合させることにより、トンネルのリングを
構成することができる。

【００２０】上記凸桁と凹桁は例えば山形鋼で構成する
ことが製作上容易である。また、土圧が高い場所に使用
するライナーピース１０は補強リブ１７を設けてもよ
い。スキンプレート１８の曲げ半径は適用するトンネル
の半径に合わせて製作する。ライナーピース１０は通
常、鋼製のものが安価で望ましいが、その他の金属製で
もよく、また、プラスチック製でもよい。

【００２１】図２にはトンネル断面におけるライナーピ
ース１０の組み合わせの態様を示した。組み合わせの状
況からライナーピース１０の短辺は凹−凹、凸−凸、凸
−凹の組み合わせがある。上記態様に適合できるライナ
ーピース１０が必要である。しかし、トンネルの軸方
向、即ち、ライナーピース１０の長辺方向には凸−凹の
組み合わせで足りる。

【００２２】図３には、トンネルの内面を展開して、種
々のライナーピース１０の組み合わせ状態を示す。図に
おいて左側の矢印はライナーピース１０の組み立てる方
向で、右側に示したＴＢＭの掘進方向と一致する。ま
た、長方形のライナーピースＡでトンネル内壁を大部分
覆工し、次に不等脚台形のライナーピースＢ１、Ｂ２を
挿入し、最後に等脚台形のライナーピースＫを挿入し、
トンネル全周を覆工する。

【００２３】トンネル軸方向には図３に示すように、組
立てたライナーピース１０間の副桁が一直線につながら
ないようにすることが望ましい。またライナーピースＫ
は等脚台形であり、挿入方向先端部の方の幅を狭くして
あり、組立を容易にする。

【００２４】図４には、ライナーピース１０の主桁同
士、副桁同士を連結する一態様を示す。桁に設けてある
孔２２に頭付きピン２０を差し入れる方法である。図５
には他の連結態様であるライナーピース１０をロックボ
ルト３０によってトンネルの内壁の岩盤に固定する方法
を示す。

【００２５】図６には、主桁同士、副桁同士を連結する
他の態様を示す。トンネルのリングを形成するため、桁
間を図６（Ａ）に示すようなクランプ２５を用いた。本
クランプ２５は図６（Ｂ）のＸ方向には容易に変形可能
であるがＹ方向など部材軸方向には充分な引張強度を有
する。図６（Ｃ）はクランプされた状態を示す。このク
ランプ２５は鋼製でも、またプラスチック製でもよい。

【００２６】また、図７には桁同士を連結するＬ型クリ
ップ２７を示す。図７（Ａ）はその形状を示し、図７
（Ｂ）にはこのクリップ２７で連結の過程を示し、図７
（Ｃ）には最終的に連結した状態を示す。以上のように
種々の連結方法がある。いずれの場合も、本発明のライ
ナーピース１０はボルトによる結合をしなくとも構造的
にはなりたつので、組み立て時間を大きく短縮できる。

【００２７】上記の実施態様において、ライナーピース
１０の枠体の内部には何も詰めずに空洞にしておくこと
もでき、またコンクリ−ト、或いは鉄筋コンクリ−トを
詰めてもよい。この場合には更にライナーピースの剛性
を高めることができる。

【００２８】また、上記ライナーピース１０同士を組み
立てる際の他の態様を図８に示す。二つのライナーピー
スを連結する際にその連結部にネオプレン等の水膨張性
のシ−ル材２８を挿入することが望ましい。更に、シ−
ル材２８がその効果を発揮するようにライナーピースの
スキンプレート１８と桁（１２、１３、１４、１５）と
の接合部は溶接（２９）により滑らかにしておくことが
望ましい。このようにするとトンネル内の地山側からの
漏水を防止することができるためである。

【００２９】また、ライナーピースの枠体が山形鋼であ
る場合に外側に凸となっている部分の角部を切り落とし
ておくことが望ましい。通常山形鋼の頂点は小さい半径
の円弧状となっているが、内側の円弧と外側の円弧の半
径は必ずしも同一でない。そこで、角部を切り落として
おくと二つの山形鋼は隙間がなく接触できるからであ
る。なお、図８においては二つの山形鋼はピン２０で連
結しているが、ピンに限らずクランプ２５でも、またＬ
形クリップ２５で連結してもよい。

【００３０】本発明のライナーピース１０は山岳トンネ
ルにおける合理的覆工材を提供する目的で発明されたも
のであるが、従来のシールド工法における覆工材（セグ
メント）としても使用可能である。

【００３１】

【実施例】図１、図２に示すように、直径５ｍのトンネ
ルをライナーピース１０で覆工した。桁材として、７５
×７５ｍｍの山形鋼を用いたライナーピース１０を用い
た。スキンプレート１８は４．５ｍｍ厚の鋼板を用い、
５個のライナーピース１０を組立て、円形断面となるよ
うにした。ライナーピース１０間の主凸桁１４、１５
間、副凸桁１２、１３間は山形鋼同士で図のように嵌合
させた。

【００３２】ライナーピース１０間の連結は、前述した
図４〜図７に示すような方法を用いた。図４に示すよう
な頭付きピン２０を用いると、ボルトと異なり差し込む
だけでよく、施工が容易であった。ピン２０は１ピース
１箇所で充分であった。ライナーピース１０の位置によ
っては、ピン２０の頭が常に上になるようにした。

【００３３】特別にピース間をクランプすることはせず
に一定区間ごと（この例では５００ｍおき）にライナー
ピース１０内部よりロックボルト３０を施工し、ライナ
ーピース１０のトンネル軸方向の移動を防いだ。この場
合、Ｋピースを挿入するまでの間、Ａ，ＢピースはＴＢ
Ｍ後方に設けられた支持装置（図示せず）により保持で
きた。

【００３４】また図７に示すようなＬ型クリップ２７を
山形鋼フランジのピン孔に挿入し、（Ｂ）図のように回
転させるとピンの、、、の部分で山形鋼の２枚
のフランジをクリップすることができる。

【００３５】このようにして施工されたライナーピース
１０に周辺地山より土圧が作用した場合、トンネルの軸
方向継手部で山形鋼が充分嵌合しているので、せん断ず
れに対し十分抵抗でき、また、ライナーピース１０間継
手部に作用するモーメントに対しても隣接するリングに
より十分抵抗でき、ライナーピース１０は構造物として
充分安全であった。

【００３６】

【発明の効果】

１）本発明に係るライナーピースの構造は、シールド工
事用セグメントに比べ簡単であるので低コストで生産可
能である。 ２）ライナーピース同士の結合をボルトによって行わな
いので、組立が簡単であり、ＴＢＭの高速掘進の支障と
ならない。 ３）本発明に係るライナーピースは枠同士の嵌合が容易
であるため、従来のシールド用セグメントと異なり効率
よくライナーピースを組み立てることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るライナーピースの形状を示し、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は（Ａ）の
Ｙ−Ｙ断面図である。

【図２】本発明に係るライナーピースでトンネルのリン
グを構成した場合の組み合わせを示す図である。

【図３】本発明に係るライナーピースでトンネルを覆工
した場合のトンネルの内面を展開し、種々のライナーピ
ースの組み合わせを示す図である。

【図４】本発明に係るライナーピースを頭付きピンで連
結した状態を示す図である。

【図５】本発明に係るライナーピースをロックボルトで
トンネル内壁に固定した状態を示す図である。

【図６】本発明に係るライナーピースをクランプで連結
する過程を示す図である。

【図７】本発明に係るライナーピースをＬ型クリップで
連結する過程を示す図である。

【図８】本発明に係るライナーピースを連結する他の態
様を示す図である。

【図９】従来の鋼製セグメントを示す図である。

【図１０】従来の鋼製セグメントを連結する態様を示す
図である。

【符号の説明】 １０ ライナーピース １２ 副凸桁 １３ 副凹桁 １４ 主凸桁 １５ 主凹桁 １７ 補強リブ １８ スキンプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸井田 浩 千葉県我孫子市つくし野６−14−11 (72)発明者 大口 克人 東京都品川区南品川５−16−14 (72)発明者 長山 秀昭 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル内壁の覆工材であって、下記の
   特徴を有するライナーピース。 （ａ）一定の幅と長さを有する長辺を構成する２本の桁
   と、一定の幅と長さを有する短辺を構成する２本の桁と
   を連結して構成された長方形の枠体であって、（ｂ）前
   記枠体の少なくとも外側の面がスキンプレートで覆れて
   おり、（ｃ）前記長辺の２本の桁はそれぞれ外側に凸で
   ある桁（主凸桁という）と外側に凹である桁（主凹桁と
   いう）であり、前記短辺の２本の桁はそれぞれ外側に凸
   である桁（副凸桁という）と外側に凹である桁（副凹桁
   という）であって、（ｄ）かつ、前記主凸桁と主凹桁、
   及び、前記副凸桁と副凹桁はそれぞれ嵌合できるように
   構成されている。
2. 【請求項２】 前記ライナーピースの二つの短辺が共に
   副凹桁又は共に副凸桁であることを特徴とする請求項１
   に記載されたライナーピース。
3. 【請求項３】 前記ライナーピースの内側に短辺方向及
   び／又は長辺方向に一又は二以上の補強リブを設けたこ
   とを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載された
   ライナーピース。
4. 【請求項４】 前記ライナーピースの長方形が等脚台形
   又は不等脚台形であることを特徴とする請求項１から３
   のいずれかに記載されたライナーピース。
5. 【請求項５】 前記ライナーピースの長辺の主凸桁と主
   凹桁、及び短辺の副凸桁と副凹桁がそれぞれ山形鋼で構
   成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
   に記載されたライナーピース。
6. 【請求項６】 前記ライナーピースが鋼製であることを
   特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載されたライナ
   ーピース。
7. 【請求項７】 前記ライナーピースの内側にコンクリ−
   トを充填したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか
   に記載されたライナーピース。
8. 【請求項８】 前記ライナーピースは、所定の曲率で湾
   曲し、この所定の曲率が円弧を形成するものであること
   を特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載されたライ
   ナーピース。